상단여백
HOME 컴퓨팅인사이트 테크니컬리포트
SIMO 스위칭 레귤레이터로 소형기기의 배터리 효율성 높이기 ①
사진은 피트니스 추적기. 이와 같은 휴대용 애플리케이션 개발자는 배터리 수명을 늘려야하는 설계 상 도전과제에 직면해있다.

이어버드(earbud)와 스마트워치, 게임 컨트롤러 등 배터리로 작동하는 휴대용 디바이스는 보다 발전된 배터리 성능으로 사용자 경험을 개선해야 한다. 하지만 설계자가 작은 전자 제품을 설계해야 하는 경우에는 배터리 수명을 연장해는 데 어려움을 겪게 된다. 

적절한 전력 관리 아키텍처를 사용하면 이 같은 문제를 해결하고 사용자 만족도를 눈에 띄게 높일 수 있다. 

히어러블(hearable) 디바이스용 일반 전력 관리 시스템에는 보통 배터리 충전기, 벅 컨버터(buck converter), 저전압 레귤레이터(LDO)를 제공하는 전력관리IC(PMIC)가 탑재된다. 블루투스와 오디오에 전력을 공급하기 위해 듀얼 LDO를 사용할 때에는 멀티 레일에서 사용되기 때문에 일반적으로 제품 실행 시 전체 효율이 70% 미만이다. 

효율을 높이기 위해 LDO 대신 스위칭 레귤레이터를 사용할 수 있지만 각 스위칭 레귤레이터를 각각의 전압 레일에서 사용하기 위해서는 출력마다 별도 인덕터가 필요하다. 인덕터의 크기와 가격을 고려하면 이 같은 작동 방식은 초소형 전자제품에 실용적이지 않다. 

SIMO 아키텍처 블록 다이어그램

SIMO(Single-Inductor Multiple-Output) 아키텍처는 특히 소형 리튬이온 배터리로 작동되는 제품에 뛰어난 효율을 제공한다. 맥심의 SIMO 벅 부스트 레귤레이터 MAX77650은 넓은 출력 범위에서 최대 3개 출력 전압을 조정하는 단일 인덕터가 제공되며 여러 개별 구성 요소가 필요치 않아 기존 아키텍처보다 전체 풋프린트를 절약하고 효율을 높여준다.  

SIMO는 이 아키텍처를 통해 각 출력에 높은 효율을 제공할 수 있다. 이 컨버터는 디바이스 전체에서 0에 가까운 전압으로 스위치를 작동시키기 때문에 기존 유도형 스위칭 컨버터의 전력 소비를 낮은 수준으로 유지한다. 

SIMO 디바이스도 저손실 스위치를 이용해 인덕터를 각 출력에 시분할한다. 이 기술은 벅 부스트 컨버터와 마찬가지로 높은 효율을 제공한다.

인덕턴스(inductance)가 기존 값의 70%로 감소했을 때 전류 측정치인 인덕터 포화 전류(ISAT)는 주어진 코어 재료와 구조에 대한 인덕터 코어 크기에 기반한다. SIMO 아키텍처를 사용하는 단일 인덕터는 개별 DC-DC 컨버터를 사용하는 것보다 비용과 풋프린트를 감소시킬 수 있다.

SIMO 아키텍처와 기존 전력 관리 솔루션 비교

또 최종 디바이스의 여러 기능이 동시에 사용되지 않을 때 시분할 다중화(time multiplexing)를 통해 필요한 ISAT를 공유하는데, 이는 다양한 레일 전압을 이용해 순차적으로 발생하는 이벤트에 유용하다. 

평균화-채널이 시분할 다중화되지 않은 경우에도 다른 기능의 피크 전력 소비가 동시에 발생하지 않아 총 인덕터 ISAT 요구 사항을 낮춰주면서 효율성도 높일 수 있다.

 

글 : 캐리 델라노(Cary Delano) / 모바일 전력 부문 엔지니어 / 맥심인터그레이티드
     가우라브 미탈(Gaurav Mital) / 모바일 전력 부문 수석 엔지니어 / 맥심인터그레이티드

 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

<저작권자 © IT비즈뉴스-아이티비즈뉴스, 무단 전재 및 재배포 금지>

최태우 기자의 다른기사 보기
icon인기기사
여백
여백
Back to Top